(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンの過渡運転に対応し、かつ、アンモニアのリークがないＳＣＲ触媒を実現する。【解決手段】筒状の本体１内に酸化触媒２とＮＯｘ還元触媒３を設け、このＮＯｘ還元触媒３の排気ガス入口側に燃料噴射ノズル７を設ける。そしてディーゼルエンジンの過渡運転にあわせて燃料噴射ノズル７から噴射する燃料の量を制御することにより、ディーゼルエンジンの過渡運転に対応させることができ、そして還元剤は噴射された燃料から本体１内で合成されるので、還元剤がリークすることはなく、ＳＣＲ触媒を実現することができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の本体内に酸化触媒とＮＯｘ還元触媒を設け、該ＮＯｘ還元触媒の排気ガス入口側に燃料噴射ノズルを設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
酸化触媒の排気ガス入口側にＰＭを除去するための遠心フィルタを設けたことを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
本体の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、該フィルタの内面に排気ガスに旋回流を発生させるための案内羽根を設け、該フィルタの内部からフィルタを通過し前記環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成して遠心フィルタを構成したことを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
遠心フィルタの排気ガス入口側にヒータを設け、該ヒータに密着するようにフィルタを設けたことを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンから排気される排気ガスの浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンから排気されるガス中には、未燃焼浮遊粒子（以下ＰＭという）に含まれる有機溶媒に溶ける成分（ＳＯＦ），ＣＯ，ＴＨＣが排出されると共に、ＮＯｘも排出される。
【０００３】
従来のディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置は図２に示すように、円筒状の本体１内に排気ガスの流れに沿って酸化触媒２とＮＯｘ還元触媒３を設け、酸化触媒２のガス入口側にフィルタ４を設けている。そしてガス入口管５から流入した排気ガス中のＰＭは、フィルタ４で除去され、酸化触媒２でＳＯＦ，ＣＯ，ＴＨＣが酸化して除去されると共に、ＮＯｘ還元触媒３でＮＯｘを除去して排気管６より排気するようにしている。
【０００４】
しかしながら、この浄化装置において、ＮＯｘ還元触媒３は直接分解触媒を使用しており、高い浄化率が得られず、実用化にはなっていないのが実情である。又、現在において、アンモニアや尿素を還元剤として使用した触媒（ＳＣＲ）で、還元率を向上するようにした技術が開発されつつある。例えば、軽油からアンモニアを合成してＳＣＲ触媒によりＮＯｘを還元するシステムが開発されているが、ディーゼルエンジンの過渡運転への対応及びアンモニアのリークの点で実用化されていない。
【０００５】
又、この浄化装置では、エンジンの高負荷時で排気ガス温度が高い時には酸化触媒２及びＮＯｘ還元触媒３の所定の浄化率が得られるが、エンジンの低負荷時には満足する結果が得られないという課題がある。この現象は、酸化触媒２及びＮＯｘ還元触媒３の温度が所定の温度に維持されないからだと考える。又、エンジンの低負荷時で、排気ガス温度が低い状態ではＰＭが燃焼せず、フィルタ４が目詰まりを起こすという課題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、ディーゼルエンジンの過渡運転に対応し、かつ、アンモニアのリークがないＳＣＲ触媒を実現すると共に、フィルタの温度を調整して排気ガスの温度を制御し、ヒータ及びフィルタでＰＭを燃焼させてフィルタの再生を可能にすると共に、ＰＭの排出を少なくし、かつ、酸化触媒及びＮＯｘ還元触媒の温度も制御して各触媒の還元率を向上したディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、請求項１の記載から把握される手段は、筒状の本体内に酸化触媒とＮＯｘ還元触媒を設け、このＮＯｘ還元触媒の排気ガス入口側に燃料噴射ノズルを設けたことを特徴とする。
【０００８】
次に、請求項２の記載から把握される手段は、酸化触媒の排気ガス入口側にＰＭを除去するための遠心フィルタを設けたことを特徴とする。
【０００９】
次に、請求項３の記載から把握される手段は、本体の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、このフィルタの内面に排気ガスに旋回流を発生させるための案内羽根を設け、フィルタの内部からフィルタを通過し前記環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成して遠心フィルタを構成したことを特徴とする。
【００１０】
次に、請求項４の記載から把握される手段は、遠心フィルタの排気ガス入口側にヒータを設け、このヒータに密着するようにフィルタを設けたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
次に、各請求項の記載から把握される手段によって、課題がどのように解決されるかについて説明する。まず、請求項１の記載から把握される手段において、筒状の本体内に酸化触媒とＮＯｘ還元触媒を設け、このＮＯｘ還元触媒の排気ガス入口側に燃料噴射ノズルを設けたので、ディーゼルエンジンの過渡運転にあわせて燃料噴射ノズルから噴射する燃料の量を制御することにより還元剤の量を制御することができる。そして、還元剤は噴射された燃料から本体内で合成されるので、還元剤が漏れることはない。
【００１２】
次に、請求項２の記載から把握される手段において、酸化触媒の排気ガス入口側にＰＭを除去するための遠心フィルタを設けることにより、排気ガスの温度条件に関係なくＰＭを除去することができる。
【００１３】
次に、請求項３の記載から把握される手段において、本体の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、このフィルタの内面に排気ガスに旋回流を発生させるための案内羽根を設け、フィルタの内部からフィルタを通過し前記環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成して遠心フィルタを構成したので、排気ガスの温度条件に関係なくＰＭを除去すると共に、遠心力とフィルタとの相乗効果により、ＰＭを効率良く除去することができる。
【００１４】
次に、請求項４の記載から把握される手段において、遠心フィルタの排気ガス入口側にヒータを設け、このヒータに密着するようにフィルタを設けたので、フィルタの温度を調整して、フィルタを通過する排気ガスの温度を制御し、酸化触媒及びＮＯｘ還元触媒の温度を制御することができると共に、フィルタを通過するときにＰＭを燃焼させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。まず、請求項１の記載から把握される本発明の実施の形態は、図１において、筒状の本体１内に酸化触媒２とＮＯｘ還元触媒３を設け、このＮＯｘ還元触媒３の排気ガス入口側に燃料噴射ノズル７を設ける。
【００１６】
次に、請求項２の記載から把握される本発明の実施の形態は、酸化触媒２の排気ガス入口側にＰＭを除去するための遠心フィルタ８を設ける。
【００１７】
次に、請求項３の記載から把握される本発明の実施の形態は、本体１の内周面との間に環状の隙間９を形成するように筒状のフィルタ１０を設け、このフィルタ１０の内面に排気ガスに旋回流を発生させるための案内羽根１１を設け、フィルタ１０の内部からフィルタ１０を通過し前記環状の隙間９に流れる排気ガス流路９を形成して遠心フィルタ８を構成する。
【００１８】
次に、請求項４の記載から把握される本発明の実施の形態は、遠心フィルタ８の排気ガス入口側にヒータ１２を設け、このヒータ１２に密着するようにフィルタ１３を設ける。
【００１９】
【実施例】
以下本発明の一実施例について説明する。図１において、筒状の本体１の内部に、排気ガスの流れに沿ってヒータ１２、遠心フィルタ８、酸化触媒２及びＮＯｘ還元触媒３を配設している。本体１の排気ガス入口側には、多孔板１４を設けて膨張室１５を形成している。そして、この膨張室１５内に開口するように、通気孔１７を開けた入口管１６が設けられている。
【００２０】
遠心フィルタ８と多孔板１４との間に、ヒータ１２を配設し、このヒータ１２に密着するように、フィルタ１３を設ける。この実施例では、ヒータは渦巻状のヒータであり、この渦巻状のヒータ１２にフィルタを密着させて、フィルタ１３を所定の温度に、かつ、均一に昇温するようにしている。遠心フィルタ８を構成するフィルタ１０は円筒状であり、メッシュの異なるフィルタを二層にしている。そして、このフィルタ１０の内周面に、排気ガスに矢印で示すような旋回流を発生させるための案内羽１１が設けられている。このフィルタ１０は、外筒１８により本体１内に同心円状に支持されている。外筒１８には多数の通気孔１９が開けられている。そして、この外筒１８の外周面と本体１の内周面との間に環状の隙間９を形成している。
【００２１】
外筒１８の出口側と、区画板２３との間には案内羽２０が形成されており、仕切り板２１に通気管２４を支持した状態で、区画板２３と仕切り板２１とで、滞留室２５を形成している。又、仕切り板２１と酸化触媒２との間に膨張室２２を形成している。酸化触媒２とＮＯｘ還元触媒３との間には、多孔板２６が設けられている。又、ＮＯｘ還元触媒３の排気ガス出口側にも多孔板２７が設けられ、つづいて膨張室２８が形成されている。出口管２９は、この膨張室１８内に開口しており、その開口部には通気孔３０が開けられている。
【００２２】
７は燃料噴射ノズルであり、多孔板２６とＮＯｘ還元触媒３との間の空間部に設けられており、コントローラ３１によって、エンジン負荷又はヒータ１２によって制御される排気ガス温度に対応して燃料タンク３２からの燃料の量を制御するようにしている。燃料としてはディーゼルエンジンの燃料である軽油を使用し、燃料タンク３２は、ディーゼルエンジン用の燃料タンクを共用するようにしてもよい。３３はヒータセンサ、３４は温度計、３５はサーモスタット、３６はスタータスイッチである。
【００２３】
このように構成した本実施例の作用について、図１を参照しながら説明する。本体１の排気ガス入口側には、多孔板１４が設けられて膨張室１５を形成し、この膨張室１５に開口するように入口管１６を設け、この入口管１５に多数の通気孔１７を形成したので、入口管１６から流入した排気ガスは、通気孔１７及び入口管１６の開口部から矢印のように流出し、膨張室１５内に一定の内圧で滞留する。従って、滞留した排気ガスは、多孔板１４の孔を通過し、偏流することなく、矢印で示すように多孔板１４の全面に対しほぼ均一に通過する。これにより、排気ガスは、次のフィルタ１３の全面に対しても均一に通過させることができる。又、多孔板１４に開けた孔の径を、ＰＭ粒子の大きさよりも十分に大きくすることにより、ＰＭによる多孔板１４の目詰まりを無くすことができる。
【００２４】
フィルタ１３は、ヒータ１２に密着しているので、フィルタ１３はヒータ１２により効率良く昇温される。特に、ヒータ１２を渦巻き形にすることにより、フィルタ１３との密着面積を大きくし、より効果的にフィルタ１３の温度を均一に昇温し、フィルタ１３を通過する排気ガス温度の制御応答性を向上することができる。そして、フィルタ１３の全面に対して均一に流入した排気ガスは、所定の温度に昇温されているフィルタ１３を通過する間に、排気ガス中に含まれているＰＭを燃焼すると共に、ヒータセンサ３３により排気ガス温度を所定の温度（酸化触媒２及びＮＯｘ還元触媒３に適した温度）に制御される。
【００２５】
そして、排気ガスは偏流することなくフィルタ１３の全面に対して均一に通過するので、フィルタ１３の全面を効率良く利用することができ、ＰＭを効率良く燃焼させてフィルタ１３の再生を行うと共にＰＭを除去し、かつ、排気ガス温度の制御性を向上することができる。本実施例の場合、間隔をあけてヒータ１２及びフィルタ１３を二段に設けているので、フィルタ１３及びヒータ１２を小型化し、ＰＭをより確実に燃焼させて除去することができると共に、排気ガス温度制御をより確実に行うことができる。又、フィルタ１３の再生及び多孔板１４の目詰まりの解消により、排気ガスの通気抵抗を少なくし、長期間の使用を実現することができる。
【００２６】
このようにして、昇温されたフィルタ１３を排気ガスが通過するときに、ＰＭが燃焼しＰＭがほぼ除去された排気ガスは、遠心フィルタ８に流入し、案内羽根１１により旋回流となる。そして、この旋回流のエネルギーにより、フィルタ１３で燃焼し切れなかった微粒のＰＭは遠心力によりフィルタ１０側へと集められ、フィルタ１０を通過する際に捕獲され、ＰＭが少ないほぼクリーンな排気ガスとして環状の隙間９へと流出する。又、ＰＭは微粒であり、かつ、フィルタ１０も排気ガスにより昇温されているので、微粒のＰＭを燃焼させることができ、フィルタ１０の再生を行うことができる。又、フィルタ１０は二層であるので、微粒のＰＭとの接触を大きくすると共に、フィルタ１０の保熱を大きくし、ＰＭを効率良く捕集し、燃焼させることができる。
【００２７】
そして、環状の隙間９及び遠心フィルタ８の出口から案内羽２０を経由して排出された排気ガスは合流し、膨張室２５に流出し、膨張室２５内で乱流が発生する。この乱流により（一種の吹き溜まり）微粒のＰＭは最終的に捕獲され、捕獲されたＰＭは定期的に排出口３７から外部に排出される。又、万が一フィルタ１０が目詰まりをしたとしても、遠心フィルタ８であるので、目詰まりすることはなく、かつ、排気ガスは案内羽根１１にて旋回させられるので、通気管２４から直接流出することなく、膨張室２５に流出し、微粒のＰＭを最終的に捕獲することができる。
【００２８】
このようにして、フィルタ１３、遠心フィルタ８、フィルタ１０及び膨張室２５の四段階（フィルタ１３を二段にした場合は五段階）でＰＭをほぼ確実に捕獲し、ＰＭがほとんどないクリーンな排気ガスとして通気管２４より流出させることができる。従って、酸化触媒２及びＮＯｘ還元触媒３の目詰まりを防止することができ、これら触媒の機能を充分に発揮させることができると共に、長期間の使用を可能にすることができる。
【００２９】
このようにして、通気管２４から流出したＰＭが除去されたクリーンな排気ガスは、膨張室２２に所定の圧力で滞留し、酸化触媒２に対して均一に流入させることができ、酸化触媒２の利用率を向上させることができる。又、酸化触媒２の排気ガス出口側にも多孔板２６を設けて酸化触媒２の出口側圧力を均一にすることにより、さらに酸化触媒２に対する排気ガスの流通分布をより均一にし、デッドスペースをなくして酸化触媒２の利用率を向上することができる。このようにして、酸化触媒２の利用率を向上し、かつ、ヒータ１２及びフィルタ１３にて排気ガス温度が制御されているので、ディーゼルエンジンの負荷変動に関係なく、酸化触媒２にて排気ガス中のＳＯＦ，ＣＯ，ＴＨＣを除去することができる。
【００３０】
このようにして、ＰＭ及びＳＯＦ，ＣＯ，ＴＨＣが除去された排気ガスは、ＮＯｘ還元触媒３へと流入する。この流入においても、多孔板２６及び多孔板２７にて、ＮＯｘ還元触媒３内を流れる排気ガスの流通分布を均一にし、ＮＯｘ還元触媒３のデッドスペースをなくして利用率を向上することができる。そして、このＮＯｘ還元触媒３の排気ガス入口側に燃料噴射ノズル７を設け、コントローラ３１によりディーゼルエンジンの過渡運転にあわせて燃料噴射ノズル７から噴射する燃料の量を制御することにより、還元剤の量を制御し、ＮＯｘを還元することができる。そして、還元剤は噴射された燃料から本体１内で合成されるので、還元剤がリークすることはない。又、この燃料噴射ノズル７から噴射される燃料は、軽油であるので、燃料タンク３２としてはディーゼルエンジンの燃料タンクを共用することができ、構造を簡略化することができる。ＮＯｘ還元触媒３を出た排気ガスは、膨張室２８に流出して所定の圧力で滞留し、出口管２９の開口部及び通気孔３０を介して外部に放出される。このように、排気ガスが膨張室２８で滞留し、通気孔３０を通過する過程で、残余のＰＭを捕獲することができる。
【００３１】
以上の通り、本実施例では、酸化触媒２及びＮＯｘ還元触媒３の前段階でＰＭを除去し、酸化触媒２とＮＯｘ還元触媒３とで排気ガス中のＳＯＦ，ＣＯ，ＴＨＣとＮＯｘをそれぞれ分担して除去するようにしたので、排気ガスを確実に清浄化することができる。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１から４の記載に基づいて、発明の詳細な説明から把握される本発明によれば、筒状の本体内に酸化触媒とＮＯｘ還元触媒を設け、このＮＯｘ還元触媒の排気ガス入口側に燃料噴射ノズルを設け、ディーゼルエンジンの過渡運転にあわせて燃料噴射ノズルから噴射する燃料の量を制御することにより、ディーゼルエンジンの過渡運転に対応させることができ、そして、還元剤は噴射された燃料から本体内で合成されるので、還元剤が漏れることはなく、ＳＣＲ触媒を実現することができる。
【００３３】
次に、請求項２の記載から把握される手段において、酸化触媒の排気ガス入口側にＰＭを除去するための遠心フィルタを設け、排気ガスの温度条件に関係なくＰＭを除去することができるので、ディーゼルエンジンの過渡運転に対応してＰＭを除去することができると共に、遠心フィルタには目詰まりが無いので、長期に渡り運転を維持することができる。
【００３４】
次に、請求項３の記載から把握される手段において、本体の内周面との間に環状の隙間を形成するように筒状のフィルタを設け、このフィルタの内面に排気ガスに旋回流を発生させるための案内羽根を設け、フィルタの内部からフィルタを通過し前記環状の隙間に流れる排気ガス流路を形成して遠心フィルタを構成し、排気ガスの温度条件に関係なくＰＭを除去すると共に、遠心力とフィルタとの相乗効果により、ＰＭを効率良く除去することができるので、排気ガス中のＰＭを効率良く除去することができ、ＰＭの排出量を少なくし、酸化触媒及びＮＯｘ還元触媒の目詰まりを無くして、これら触媒の機能を維持し、排気ガスの清浄化を向上すると共に、長期に亘る運転を可能にすることができる。
【００３５】
次に、請求項４の記載から把握される手段において、遠心フィルタの排気ガス入口側にヒータを設け、このヒータに密着するようにフィルタを設け、フィルタの温度を調整して、フィルタを通過する排気ガスの温度を制御し、酸化触媒及びＮＯｘ還元触媒の温度を制御することができると共に、フィルタを通過するときにＰＭを燃焼させることができるので、フィルタの再生を可能にすると共に、ＰＭの排出を少なくし、かつ、酸化触媒及びＮＯｘ還元触媒の還元率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置の縦断面図である。
【図２】従来例の縦断面図である。
【符号の説明】
１  本体
２  酸化触媒
３  ＮＯｘ還元触媒
４  フィルタ
５  ガス入口管
６  排気管
７  燃料噴射ノズル
８  遠心フィルタ
９  環状の隙間
１０  フィルタ
１１  案内羽根
１２  ヒータ
１３  フィルタ
１４  多孔板
１５  膨張室
１６  入口管
１７  通気孔
１８  外筒
１９  通気孔
２０  案内羽根
２１  仕切り版
２２  膨張室
２３  区画板
２４  通気管
２５  滞留室
２６  多孔板
２７  多孔板
２８  膨張室
２９  出口管
３０  通気孔
３１  コントローラ
３２  燃料タンク
３３  ヒータセンサ
３４  温度計
３５  サーモスタット
３６  スタータスイッチ
３７  排出口
【図１】
2005061235.tif 000003
【図２】
2005061235.tif 000004